ZCJ-1400型轴承淬火压机

柳 燕

宁夏机械研究院(有限责任公司)，宁夏银川 750002

1 概述

ZCJ-1400 型轴承淬火压机是对轴承内、外圈套类工件进行淬火的专用设备。在淬火过程中，为了防止工件变形，采用压机与相应的模具配套，通过压机的机构，将加热到淬火温度的工件由机械手放置到工作台上，启动压机，当工件到达固定位置后，等待在待料位置上方的工件运送机械手下降到位，将工件夹持后升起，并送到淬火压机工作台推出位置上方，机械手下降，将工件松开放置在下淬火模具上；工件与模具随工作台回移，进入淬火位置，淬火压机前门关闭，位于淬火压机上方的动横梁下降，安装在动横梁底面的上淬火模具与下模具将工件撑住；随之冷却油喷涌淬火，经过几分钟后，淬火工作完成，动横梁上升，使工件与上下模分离，完成模具保持淬火过程，达到减小淬火变形、保证热处理质量和零件尺寸稳定的目的；动横梁上升到位后，淬火压机前门升起，工作台移出到待料位置，机械手将工件从下模具上夹出，并送到出料位，辊棒转动将工件送出，完成了一个工作循环。

该压机与加热炉配套使用，实现工件的淬火。淬火工件包括圆柱轴承和圆锥轴承,包括内轴承圈和外轴承圈，轴承圈的外形结构有：单锥外圈、单锥内圈、双锥外圈、双锥内圈。并设计成单工位程序自动控制，也可手动控制。

该设备原理独特、结构新颖、使用范围广，适应尺寸从直径700～1400 毫米的所有轴承，具有自动化程度高，工作可靠性强，淬火工件质量稳定、使用寿命长、占地面积小等显著特点。使用该设备可大大提高淬火工作效率，减轻劳动强度，降低废品率，促进企业热处理工艺水平上台阶。

2 设备解决的关键技术

1）适应于特大型轴承模压淬火的机床结构；

2）最佳限形效果与最少用量的拼装式组合淬火模具；

3）下液压作用、上液力作用的可靠的脱模机构与脱模探测装置；

4）淬火冷却过程的智能控制；

5）机身外部拆装模具、机身内部模具的快换；

6）适应于淬火要求的快速高效上下料机械手；

7）淬火装备与生产线配套的高可靠性和适应性。

3 设备机构特点

本压机对淬火的工作部分进行了创新设计，具有以下功能和特点：

1）压机的机身采用组装框架式结构。动横梁在框架机身的四根导轨内由油缸驱动上下移动；工作台通过左右压板安装在导轨座上，并在油缸的推动下前后移动，满足了工作台工作的两个工位，导轨座的下部固定在油箱内的四个支撑座上，组成了一个完整的框架机身；各运动部分相对独立组合，在保证机床精度的同时减少了加工和装配的难度；

2）采用下拉式加载方式。下拉油缸安装在工作台中心部位，通过拉杆与模具锥体连接，淬火变形引起的载荷由油缸传递给工作台承载，使巨大的模压载荷（最大达250 吨）变为工作台的内力，从而大大降低了床身的承载能力要求。油缸的下行程受调整块的限制，保证模具撑开到调定的尺寸，上行程可以推动下脱模装置，使工件与模具分离；

3）拼接组合式模具。应用于需要多瓣胀缩模具淬火的场合，胀缩模具的主体与工作部分实行拼接组合，即：对于不同尺寸的模具，只需在模具的主体上拼接相同瓣数的工作部分即可，各种尺寸与形状的模具接口相同，保证了拼接组合的互换性；

4）对于双锥及单锥工件，尽可能采用应用企业的现有磨具改装，以降低投入。改装后的模具采用气动快换接头、上下模具锁紧的结构，上下模具的对中与尺寸调整在工作台移出位置进行，调整好的模具随工作台移入到淬火位置后，动横梁下降，快换接头锁死，即可提起上模具。更换模具时只需按动按钮，快换接头与模柄分离，上下模具随工作台移出，在移出位置操作，方便、安全、快捷；

5）在动横梁上设计了液压脱模装置，液压动力油缸可以满足直径700mm～1400mm 工件的脱模需要，可以确保单锥和双锥两种轴承的工件与模具的分离；

6）在立柱上安装了气动脱模探测装置，当淬火的工件为双锥时，脱模存在困难，脱模是否成功直接决定着压机的安全使用，这样可以确保模具和工件分离后，再进行下一个程序，确保压机安全运行；

7）上下模具的气动锁紧装置，当淬火的工件为双锥时，通过气缸驱动回转装置，将上下模具连接为一体，由安装在工作台中心的下拉油缸下拉，使上下模具固定在调定的尺寸上保持工件淬火。淬火变形引起的载荷由油缸传递给工作台承载，使巨大的模压载荷变为工作台的内力，从而大大简化了机床的结构；

8）可以伸缩的分体油罩，为满足40 多种工件的淬火，油罩采用分体设计，油罩在跟随动横梁移动的同时，自身可以和动横梁相对移动。在油罩的正前方设有一个活动门，在活动门提起后，可以保证高尺寸模具安装的需要，落下活动门，又保证了和工作台的密闭；

9）机床坐落在经过装饰的机壳内，机身及其它工作部分全部被罩壳包覆，机床的正前方加装了气动升降门，在保证了机床无泄漏的同时，使机床的外形美观，浑然一体；

10）机床配备有上下工件的机械手，机械手采用电动和气动联合传动。机械手的横向移动采用电机带动，齿轮、齿条驱动，提升采用气动方式，压缩空气经过气源三联件，向集装阀供气；

11）压机设有手动、自动功能。在手动状态，设有动横梁上升/下降、工作台进入/推出、机械手前进/后退、机械手抓紧/放松等按钮；自动状态，分为单循环和连续循环工作方式，按下启动按钮，设备将自动完成淬火过程。滑块可以在任意位置停留，便于更换模具；需要中途停止运行时，按下急停按钮，一切运行停止；

12）电气控制部分采用西门子S7-300 PLC 可编程序控制器，主要电气元件采用进口产品；在程控柜上装有触摸屏，可实时显示各工位工作状态、淬火油流量、淬火油温度及压力；

13）压机设计有完善的冷却系统，工作台通过油管与地下油池连接，通过管道，冷却油经淬火盘输送到被淬火工件附近，并形成中心喷油和周边喷油，保证冷却均匀；高出油罩的油液直接溢流到油箱。

4 结构简述

4.1 主机

主机由油箱、导轨座、工作台、淬火盘、下拉油缸、立柱、上顶梁、滑块、动横梁、油罩、升降门组件、外包等组成。

4.2 机械手

机械手由导轨、滑座、电机、齿轮齿条、升降气缸、导向座、手臂、手指气缸、手指等构成。

4.3 淬火模具

淬火压机上有配套的淬火模具，淬火模具由联接套、上脱模装置、上淬火模、下淬火模、下脱模装置等几部分组成。

4.4 淬火冷却系统

淬火冷却系统由地下油池、管道、阀门、液下泵、转角离心泵、旋转板式冷却器等组成。地下油池的冷却油通过电磁阀，经进油管进入工作台到淬火盘，形成中心喷油和周边喷油，淬火过程中溢出的油直接流入油箱。

4.5 电气系统

电气系统特点：

1）控制核心为西门子S7-300 可编程控制器；

2）完善的保护措施确保系统连续可靠运行；

3）故障信息提示，便于快速判断故障点，从而节省维修时间；

4）PLC 可编程控制器输出采用继电器隔离，避免了负载过重对PLC 输出接点的损坏；

5）工作状态及工艺参数集中显示，对于合理操作压机提供了方便。

5 取得的成绩、广阔的前景

ZCJ-1400 型轴承淬火压机是我们成功研制的最大直径工件淬火的新产品。经过历时11 个月的研制、制作和调试，我们成功完成了样机制造，并已申报专利。现已作为产品销售。

轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在机械产品中，轴承属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表国家科技实力的产品。当今世界轴承强国以欧、美、日为首，经过一百多年的发展，在全球轴承市场的高端产品中占据着绝对的优势。我国现代轴承工业的发展主要在新中国成立以后，经过近六十年的建设和发展、特别是改革开放30 多年来持续、快速、稳健的发展，我国轴承工业已形成门类齐全、具有相当规模和一定水平的独立产业体系。随着机械工业的飞速发展，对轴承质量的要求也不断提高，而轴承的强度、寿命和制造精度又与热处理质量有很大关系，所以轴承热处理工艺是轴承生产中的关键环节之一。

从目前国内轴承市场来看，随着市场竞争的日益激烈，很多轴承生产企业已经意识到提高淬火工艺装备水平的重要性，控制淬火过程，提高产品质量成为十分关键和迫切的需求，面对巨额市场我们研制、开发的全自动ZCJ-1400 大型轴承淬火压机在淬火工序中采用模具保持淬火，不仅能够提高产品质量、节能节电、提高生产率、降低工人劳动强度，而且可以推动行业整体技术进步和装备水平，提高产品的质量和参与国际竞争的实力，能够为轴承生产企业带来很多长远利益。因此该压机具有很好的市场应用前景。

[1]高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件(JB/T1255-2001).

[2]滚动轴承零件硬度试验方法(JB/T7361-1994).

[3]金属切削机床机械加工件通用技术条件(GB/T25376-2010).